Состав задач контроля, регулирования, блокировки и сигнализации технологических параметров

Для формирования задач автоматизации сначала анализируется технологический регламент процесса нагревания (рис.

3.2).

Рис. 3.2. Технологическая схема процесса нагревания:

Е – емкость; Т – ТЭН; Н1, Н2 – насосы;

– регулирующие клапаны; – вентили

Техническая вода из водопроводной сети поступает в емкость Е в количестве 3 м³/ч при температуре 10 – 20 ˚С. Давление воды на входе 1±0,5 кг/см². Напор поддерживается с помощью насоса Н1. Вода, проходящая по трубопроводу, заполняет емкость Е общим объемом 45,5 л и высотой 1 м. Основным элементом емкости является ТЭН Т, который обеспечивает нагрев воды до температуры 60 – 80 ˚С (при этом уровень воды в емкости должен находиться в диапазоне 0,2 – 1 м). После нагрева часть воды поступает с помощью насоса Н2 на рецикл (повторно направляется в емкость), а часть воды по трубопроводу сливается в канализацию.

Емкость Е имеет следующую конструкцию (рис. 3.3). Предусмотрены две трубки для входного потока воды из водопроводной сети и для рециклового потока, а также предусмотрен приварной штуцер для установки датчика температуры.

 

 

Рис. 3.3. Сборочный чертеж емкости:

1 – емкость; 2 – верхняя крышка; 3 – нижняя крышка; 4 – прокладка; 5 – кольцо приварное; 6 – шпилька; 7 – бобышка; 8 – штуцер приварной

Далее выделяются параметры процесса. Основными управляемыми (регулируемыми) параметрами являются: температура и уровень воды в емкости Е (уровень можно определять по гидростатическому давлению); управляющими воздействиями – мощность на ТЭНе, %-ты хода регулирующих органов на входе и выходе из емкости, напоры воды на входе в емкость и на линии рецикла; промежуточными регулируемыми параметрами – расходы на входе и выходе из емкости, расход рецикла; контролируемым возмущением – температура воды на входе в емкость. Таким образом, структура объекта управления выглядит следующим образом (рис. 3.4).

 

Рис. 3.4. Структурная схема объекта управления

 

На основе анализа процесса как объекта управления сформулированы задачи контроля, регулирования, блокировки и сигнализации технологических параметров.

Задачи контроля:

- контролировать температуру воды на входе в емкость

(температура воды из водопроводной сети);

- контролировать температуру воды в емкости;

- контролировать давление воды на выходе из емкости;

- контролировать расход воды в емкость из водопроводной сети;

- контролировать расход воды из емкости в канализацию;

- контролировать расход воды в емкость (рецикловый по-

ток);

- контролировать уровень воды в емкости (по гидростатическому давлению).

Задачи регулирования:

- регулировать температуру воды в емкости изменением мощности на ТЭНе;

- регулировать расход воды в емкость с помощью регулирующего клапана на входе;

- регулировать уровень воды в емкости с помощью регулирующего клапана на выходе.

Задачи блокировки:

- отключение ТЭНа при снижении уровня воды в емкости ниже минимального значения;

- отключение подачи воды в емкость при превышении уровня воды в емкости выше максимального значения;

- включение ТЭНа только при достижении уровня воды в емкости выше минимального значения.

Задачи сигнализации:

- сигнализация снижения уровня воды в емкости ниже минимального значения;

- сигнализация превышения уровня воды в емкости выше максимального значения;

- сигнализация работы ТЭНа.

Также необходимо решить задачи регистрации измеренных технологических параметров и управления работой насосов Н1 и Н2.

 

Описание технических средств автоматизации

Для решения поставленных задач подобраны следующие технические средства.

 

Измерение температуры

 

Измерение температуры воды во входном трубопроводе и в емкости осуществляется с помощью следующих датчиков:

- термоэлектрический преобразователь ТП2488/3д (рис. 3.5);

- термопреобразователь сопротивления ДТС035-100М (рис. 3.6).

 

Рис. 3.5. Внешний вид термопары ^ТП2488/3д

 

Рис. 3.6. Внешний вид термометра сопротивления ДТС035-100М

 

Основные технические характеристики используемых датчиков температуры приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

 

Основные технические характеристики датчиков температуры

 

Наименование параметра	Значение параметра
ТП2488/3д	ДТС035-100М
НСХ датчика	ХК (L)	100М
Схема подключения датчика	двухпроводная	трехпроводная
Рабочий диапазон измеряемых темпера- тур	–100...+400 °С	–50...+180 °С
Класс допуска		В
Предел допускаемого отклонения от НСХ	±2,5 °С	±(0,25+0,0035|t|)
Показатель тепловой инерции, не более	10 с	10...30 с
Условное давление	0,1 МПа	10 МПа
Материал защитной арматуры	сталь 12Х18Н10Т	сталь 12Х18Н10Т
Степень защиты датчика по ГОСТ 14254	IP54	IP54

Измерение давления и уровня

 

Измерение давления на выходе из емкости и измерение уровня в емкости (по гидростатическому давлению) осуществляется с помощью следующих датчиков:

- датчик ПД100-ДИ (рис. 3.7 а), предназначенный для непрерывного преобразования избыточного давления воды в емкости в унифицированный сигнал постоянного тока 4…20 мА; - датчик ЭЛЕМЕР АИР-30 (рис. 3.7 б), обеспечивающий непрерывное преобразование гидростатического давления в емкости в один из унифицированных сигналов постоянного тока (задается при программировании прибора).

а) б)

 

Рис. 3.7. Внешний вид датчиков давления:

а) ПД100-ДИ; б) ЭЛЕМЕР АИР-30

 

Для питания датчиков давления используется блок питания БП145-Д4-5.

Основные технические характеристики используемых датчиков приведены в табл. 3.2.

 

Таблица 3.2

Основные технические характеристики датчиков давления

 

Наименование параметра	Значение параметра
ПД100-ДИ	ЭЛЕМЕР АИР-30
Диапазон измеряемого давления	0…250 кПа	0…600 кПа
Основная приведенная погрешность, до	±0,5%, ±1,0%	±0,1%
Преобразованный выходной сигнал	4…20 мА	0…5 мА, 4…20 мА, 4…20 мА с HARTпротоколом
Диапазон рабочих температур контролируемой среды	–40...+100 °С	–40...+120 °С
Диапазон рабочих температур окружающего воздуха	–40...+80 °С	–50...+80 °С
Напряжение питания постоянного тока	12…36 В	12…42 В
Потребляемая мощность, не более	1 Вт	0,84 Вт
Степень защиты корпуса датчика	IP65	IP65

 

Измерение расхода

 

Для измерения расхода воды во входном трубопроводе, а также расходов рецикла и выходного потока в канализацию применяются следующие датчики:

- ротаметр ЭМИС-МЕТА 215 (рис. 3.8 а), предназначенный для измерения расхода различных жидкостей и преобразования полученных значений расхода в стандартный аналоговый сигнал

4…20 мА или цифровой сигнал HART;

- вихревой расходомер ЭМИС Вихрь 200 (рис. 3.8 б), осуществляющий учет расхода различных сред (обеспечивает удаленную передачу данных, настройку и поверку через интерфейс RS-485 на базе протокола Modbus RTU).

а) б)

 

Рис. 3.8. Внешний вид расходомеров:

а) ЭМИС-МЕТА 215; б) ЭМИС Вихрь 200

 

Основные технические характеристики используемых датчиков расхода приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3